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JP2006239607A - 排ガス浄化用触媒担体及びその製造方法 - Google Patents

排ガス浄化用触媒担体及びその製造方法 Download PDF

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JP2006239607A
JP2006239607A JP2005060227A JP2005060227A JP2006239607A JP 2006239607 A JP2006239607 A JP 2006239607A JP 2005060227 A JP2005060227 A JP 2005060227A JP 2005060227 A JP2005060227 A JP 2005060227A JP 2006239607 A JP2006239607 A JP 2006239607A
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Japan
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exhaust gas
catalyst carrier
gas purification
outer cylinder
purification characterized
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JP2005060227A
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Takemasa Nakagawa
剛正 中川
Yasuaki Yamaguchi
保明 山口
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】排ガスの圧力による触媒担体の脱落と熱応力による触媒担体の破損を防止する低コストの排ガス浄化用触媒担体を提供する。
【解決手段】排ガス通路10に配置され、外筒22に収納される排ガス浄化用触媒担体21であって、触媒担体21の外周面21cに複数の凸部21bを有する。
【選択図】図5

Description

本発明は、排ガス浄化用触媒担体及びその製造方法に関する。
従来、金属薄板(金属箔を含む)の平板と波板とを重ねてロール状に巻かれてなる触媒担体と、この触媒担体を収納する金属製の外筒とを有し、この触媒担体を外筒内部に部分的にロウ付けして保持する構造の排ガス浄化用触媒コンバータが知られている。
しかし、この構造の触媒担体は高温の排ガスが通過することによって、熱による膨張と冷却による収縮により発生する応力(以下「熱応力」という。)により、ロウ付け部において亀裂が生ずるおそれがあった。
また、触媒担体と外筒と外筒内に触媒担体を保持するために外筒と触媒担体の間に繊維マットを備える排ガス浄化用触媒コンバータが知られている。
しかし、この構造の触媒担体は繊維マットが触媒担体を保持することで発生する熱応力を吸収して触媒担体に亀裂が生じることを防ぐことはできるが、排ガスの圧力によって触媒担体が繊維マットからずれて脱落するおそれがあった。
そこで、外筒に係止部を設けることにより、触媒担体の脱落を防ぐ排ガス浄化用触媒コンバータが提案されている。
実用新案登録 3030681号公報
しかし、上述の特許文献1に記載される排ガス浄化用触媒コンバータでは触媒担体の脱落を防ぐことはできるが、触媒担体の容量を変更する場合には、容量によってそのサイズが異なるため、触媒担体の容量ごとに外筒を用意しなければならない。したがって、外筒の形状を共通化することができないため、製造コストがかかるという問題が生じていた。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、排ガスの圧力による触媒担体の脱落と熱応力による触媒担体の破損を防止する低コストの排ガス浄化用触媒担体を提供することを目的としている。
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
本発明は、排ガス通路(10)に配置され、外筒(22)に収納される排ガス浄化用触媒担体(21)であって、前記触媒担体(21)の外周面(21c)に複数の凸部(21b)を有することを特徴とする。
本発明によれば、触媒担体の外周部に設けた凸部が滑り止めとして機能することにより、排ガスの圧力による外筒に対する触媒担体のずれを防止して保持力を向上できる。さらに、外筒に加工を施す必要がないため、触媒担体のサイズに関わらず外筒を共通化することができ、コストを低減することができる。
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明による排ガス浄化用触媒担体を使用する排ガス浄化用触媒コンバータについて説明する図である。
エンジン2の排ガスを浄化する排ガス浄化システム1は、排気管10と、排ガス浄化用触媒コンバータ20とを有する。排ガスは、排気管10を通じ、排ガス浄化用触媒コンバータ20に送られる。排ガス浄化用触媒コンバータ20は、エンジン2のエキゾーストマニホールド3の直下流に配置され、エンジン2から排出される排ガスを浄化する。排ガス浄化用触媒コンバータ20は、排気空燃比が理論空燃比近傍のときに、排ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)を酸化すると同時に酸化窒素(NOx)を還元可能な三元触媒である。
図2は、本発明による排ガス浄化用触媒コンバータ20の断面図である。
触媒コンバータ20は、触媒担体21と、保持材22と、外筒23とを備える。触媒担体21は、円柱形状である。触媒担体21は、軸方向に貫通する排ガスが通過するための多数の通路を備えている。触媒担体21は、白金(Pt)等の触媒金属を担持し、これが通路を流れる排ガスと接触しガス成分を浄化する。外筒23は、触媒担体21の外周を覆っている。外筒23は、耐熱性金属である。外筒23の厚さは、一例を挙げると1.5mm程度である。保持材22は、アルミナ繊維等の無機質繊維から形成された無機繊維マットである。保持材22は、外筒23と触媒担体21との間に備えられ、触媒担体21を保持する。なお、触媒担体21と保持材22との接触面21cの全域に後述する製造方法によって複数の凸部21bが形成されている。
図3は、本発明による第1実施形態の排ガス浄化用触媒担体21の製造工程を表す図である。
触媒担体21は、金属箔21aから形成される。金属箔21aの材質は、一例を挙げると、ステンレスである。金属箔21aの厚さは、例えば、30μmから50μm程度である。金属箔21aにプレス加工し、表面の全域に均一的に凸部21bを形成する(プレス工程#101)。触媒担体21は、金属箔21aを凸部21bが外周側になるように矢印Cの方向にロール状に巻回し(巻回工程#102)、円柱状に形成される。金属箔21aの表面に設けられた凸部21bによって、多層に巻回された金属箔21aの層間に凸部21bの高さに相当する隙間ができ、排ガスが通過するための通路としての役割を果たす。
図4は、触媒担体21と、保持材22と、外筒23とから排ガス浄化用触媒コンバータ20を製造する製造工程を示す。図3に示される製造工程により形成された触媒担体21は、その外周に長方形状の保持材22を巻回して一体となる。このように一体化した触媒担体21と保持材22とを外筒23に圧入することによって排ガス浄化用触媒コンバータ20を形成する(圧入工程#103)。
次に、図5を用いて本発明による第1実施形態の作用について説明する。図5は、触媒担体21に保持材22を巻回した状態で排ガスの流れ方向で切断した断面図であり、図5(A)は全体図、図5(B)は図5(A)の部分Bの拡大図である。図中の矢印Dは、排ガスの流れる方向を示す。
図5(A)に示すように、触媒担体21と保持材22との接触面21cにおいて、触媒担体21の外周面の凸部21bが保持材22に引っかかる。これにより、触媒担体21と保持材22との間の抵抗が増して滑り止めの役割を果たす。なお、図5(A)示されている凸部21bの数は、本実施形態を理解しやすくするために少なく表示しているが、実際には表示している数よりも多い。また、図5(B)に示すように、排ガスの流れる通路に凸部21bが存在するため、排ガスと触媒とが接触しやすくなる。
本実施形態によれば、触媒担体21の凸部21bが滑り止めとして作用することによって、保持材22との接触面21cで排ガスの圧力に対する抵抗を増すことができる。その結果、外筒23に加工を施さなくとも保持材22による触媒担体21の保持力を向上させることができる。したがって、金属箔21aの表面に凸部21bを設けるという比較的簡易な方法で所期の目的を果たすことができるため、コストを低減することができる。
保持材22は繊維マットであるため、高温の排ガスの通過にともなう触媒担体21の熱膨張によって発生する外周方向への熱応力を吸収する。したがって、ロウ付けの場合のように熱膨張・収縮の繰り返しによって金属箔21aが金属疲労を起こして亀裂が生じることがなく、熱応力による触媒担体の破損を防止することができる。
従来は平板状の金属箔と波板状の金属箔を積層してロール状に巻回し、平板と波板をロウ付けしてハニカム体を形成していた。一方、本実施形態によれば、1枚の金属箔を加工して巻回すことで触媒担体21を形成することができ、金属箔のロウ付けを必要としないため製造が容易である。また、使用する金属箔の量を少なくすることができるため、触媒担体の重量を軽量化することができる。
さらに、排ガス流路内に凸部21bを有することで排ガスと触媒との接触面を増加させることができ、排ガスの浄化効率を向上させることができる。
(第2実施形態)
図6は、本発明による第2実施形態の排ガス浄化用触媒担体121の製造工程を表す図である。
なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
金属箔121aの表面には、長手方向を底辺とする二等辺三角形の形状に底辺を残して打ち抜くパンチ加工を施す。残された底辺を連接部121fとして折り曲げ、突起部121dと孔部121eを形成する(パンチ工程#201)。突起部121dと孔部121eは、鋭角をなしている。突起部121dと孔部121eは、金属箔121aの表面全域に設けられる。触媒担体121は、金属箔121aを突起部121dが外周側に突出するようにして矢印Cの方向にロール状に巻回し、円柱状に形成される(巻回工程#202)。また、第1実施形態と同様に、金属箔121aの表面に設けられた突起部121dによって、巻回された金属箔121aの間に隙間ができ、排ガスが通過するための通路としての役割を果たす。
次に、図7を用いて本発明による第2実施形態の作用について説明する。図7は、触媒担体121に保持材22を巻回した状態で排ガスの流れ方向で切断した断面図であり、図7(A)は全体図、図7(B)は図7(A)の部分Bの拡大図である。図中の矢印Dは、排ガスの流れる方向を示す。
図7(A)に示すように、触媒担体121は、突起部121dが排ガスの流れ方向に対して反対方向に突出するように配置される。触媒担体121の保持材22との接触面121cにおいて、触媒担体121の外周面の突起部121dが排ガスの圧力に対して抵抗となり、滑り止め効果を発生させる。また、図7(b)に示すように、排ガスの通路内にも突起部121dが存在するため、排ガスと触媒が接触する面積が増加する。さらに、突起部121dが排ガスの流れる方向に作用して孔部121eを通じて隣接する通路に排ガスが流れ込む。本実施形態では、突起部121dによって中心部の排ガスが外周側に導かれる。触媒担体内を排ガスが通過するときは、通常、中心部の流れが最も速くなるため、触媒担体内部の排ガスの流れを均一にすることができる。
本実施形態によれば、金属箔121aの表面に形成された突起部121dにより、第1実施形態と同様に保持材22との間で滑り止め効果を有し、触媒担体121の保持力を向上させる。
また、金属箔121aの表面の突起部121dと孔部121eの作用によって、排ガスの流れが触媒担体内部で拡散して均一化される。これにより、触媒担体121に担持されている触媒が担体内部全域で早期に活性化し、排ガスの浄化効率を向上させることができる。
(第3実施形態)
図8は、本発明による第3実施形態の排ガス浄化用触媒担体221に保持材22を巻回した状態で排ガスの流れ方向で切断した断面図であり、図8(A)は全体図、図8(B)は図8(A)の部分Bの拡大図である。図中の矢印Dは、排ガスの流れる方向を示す。
図8(A)に示すように、第2実施形態に対して、金属箔221aの表面に形成される突起部221dを1方向にのみ開口するのではなく、排ガスの流れ方向とその反対方向の両方向に開口するように変更した。突起部221dは、第2実施形態と同様に滑り止め効果を発生させる。また、図8(B)に示すように、第2実施形態と同様に排ガスの流れる通路内に突起部221dが存在するため、排ガスと触媒との接触面積が増加する。さらに、孔部221eを通じて隣接する通路にも排ガスが流れ込む。本実施形態では、突起部221dが両方向に開口していることから、中心部から外周部だけでなく、外周部から中心部に向かっても排ガスが拡散する。
本実施形態によれば、第1実施形態と同様に触媒担体221の保持力を向上させる効果を有するとともに、第2実施形態と比較して大きな排ガスの拡散効果を有するため、排ガスの浄化効率をさらに向上させることができる。
(第4実施形態)
図9は、本発明による第4実施形態の排ガス浄化用触媒担体321に保持材22を巻回した状態で排ガスの流れ方向で切断した断面図であり、図9(A)は全体図、図9(B)は図9(A)の部分Bの拡大図である。図中の矢印Dは、排ガスの流れる方向を示す。
本実施形態では、図9(B)に示すように外周部では中心部に向けて、また、中心部からは外周部に向けて排ガスが流れ込むように突起部321dが開口する。すなわち、外周側では排ガスの流れ方向と反対方向に向かって開口し、中心部では排ガスの流れ方向に向かって開口している。
本実施形態によれば、触媒担体321の最外周に設けられた突起部321dの作用により、触媒担体321の保持力を向上させる効果を有する。
さらに、外周部を流れる排ガスを中心方向に、中心部を流れる排ガスを外周方向に導くことによって、触媒担体321の内部で、より均一に排ガスが流れるように作用し、排ガスの浄化効率をさらに向上させることができる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
例えば、上述の実施形態では三元触媒を採用しているが、NOxトラップ触媒やディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)などを用いてもよい。
また、適用される触媒担体は、金属製の触媒担体に限定されるものではなく、セラミック製のものでもよい。
内燃機関の排ガス浄化装置の構成を示す図である。 本発明による触媒担体を使用した排ガス浄化用触媒コンバータの断面図である。 本発明による第1実施形態の排ガス浄化用触媒担体の製造工程を示す図である。 本発明による排ガス浄化用触媒コンバータの製造工程を示す図である。 本発明による第1実施形態の排ガス浄化用触媒担体の断面図であり、排ガスの流れを示す図である。 本発明による第2実施形態の排ガス浄化用触媒担体の製造工程を示す図である。 本発明による第2実施形態の排ガス浄化用触媒担体の断面図であり、排ガスの流れを示す図である。 本発明による第3実施形態の排ガス浄化用触媒担体の断面図であり、排ガスの流れを示す図である。 本発明による第4実施形態の排ガス浄化用触媒担体の断面図であり、排ガスの流れを示す図である。
符号の説明
2 エンジン
10 排気管
20 触媒コンバータ
21,121 触媒担体
21a 金属箔(金属薄板)
21b 凸部
22 保持材
23 外筒
121d 突起部
121e 孔部
121f 連接部

Claims (11)

  1. 排ガス通路に配置され、外筒に収納される排ガス浄化用触媒担体であって、
    前記触媒担体の外周面に複数の凸部を有する、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
  2. 請求項1に記載の排ガス浄化用触媒担体において、
    前記凸部は、排ガスの圧力による前記外筒に対する前記触媒担体の滑り止めとなる、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
  3. 請求項1に記載の排ガス浄化用触媒担体において、
    前記触媒担体は、表面に複数の凸部を有する金属薄板を巻回して多巻層状に形成される、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
  4. 請求項3に記載の排ガス浄化用触媒担体において、
    前記金属薄板の層間には前記凸部の高さに相当する間隙からなる排気ガスの流路が形成される、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
  5. 請求項4に記載の排ガス浄化用触媒担体において、
    前記凸部は、前記金属薄板に連接部を残して打ち抜かれ、その連接部で前記触媒担体の外周方向に折り曲げた切り起し片で形成される、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
  6. 請求項5に記載の排ガス浄化用触媒担体において、
    前記連接部は、排ガス流れ方向の上流に位置する、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
  7. 請求項5に記載の排ガス浄化用触媒担体において、
    前記連接部は、排ガス流れ方向の上流及び下流に混在して位置する、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
  8. 請求項5に記載の排ガス浄化用触媒担体において、
    前記連接部は、前記触媒担体の中心部では排ガス流れ方向の上流に位置し、外周部では排ガス流れ方向の下流に位置する、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
  9. 請求項1に記載の排ガス浄化用触媒担体において、
    前記触媒担体は、セラミック製である、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
  10. 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒担体を製造する触媒担体製造方法において、
    金属薄板を押圧して凸部を形成するプレス工程と、
    前記プレス工程で形成した金属薄板を巻回する巻回工程と、
    を有することを特徴とする排ガス浄化用触媒担体製造方法。
  11. 請求項10に記載の排ガス浄化用触媒担体を製造する触媒担体製造方法において、
    前記プレス工程は、金属薄板に連接部を残して打ち抜いて、その連接部で折り曲げて突起部を形成する、
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体製造方法。
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